第三章岩基上的重力坝
主要内容
1、概述
重力坝的概念，重力坝的工作原理，重力坝的类型。
2、重力坝的应力分析
作用在重力坝上的荷载及其组合；应力分析方法；用材料力学法推导重力坝的应力计算公式。
3、非溢流重力坝的剖面设计
重力坝的基本剖面，非溢流重力坝的实用剖面，溢流重力坝的消能防冲设施。
4、重力坝的抗滑稳定计算
重力坝失稳破坏的机理；抗剪强度公式、抗剪断公式；摩擦系数和凝聚力的现场测定；深层抗滑稳定；岸坡抗滑稳定；提高坝体抗滑稳定性的措施。
5、重力坝的渗流分析（另有专题讲授）
渗流计算的基本方程和求解过程；有限单法求解势水头函数，渗流体积力的计算。
6、重力坝的温度应力、温度控制和裂缝的防止（另有专题讲授）
温度变化曲线、分析该曲线；重力坝的温度裂缝形成的原因、类型及防止措施。
7、重力坝的剖面设计
设计的原则及极限状态设计表达式。
8、溢流重力坝（另有专题讲授）
溢流重力坝工作特点，结构型式，消能防冲设施，细部构造。
9、其它内容：
重力坝的可靠度设计（另有专题讲授），抗震设计，地基处理，材料及其构造。
§3-1§3-1概述
教学内容
重力坝的概念，重力坝的工作原理，重力坝的类型
教学重点：
掌握重力坝的工作原理，了解重力坝的类型
教学过程
［导入新课］
首先请学生举例所了解的重力坝，接着展示我国部分著名重力坝，介绍重力坝在我国的建设情况，激发学生对重力坝的学习热情。
三峡工程
丹江口水利枢纽
刘家峡大坝
［讲授新课］
1、重力坝的概念（板书）
重力坝是靠自重维持其稳定的坝。由砼或浆砌石修筑，其基本剖面是直角三角形，整体是由若干坝段组成。（材料、工作原理、基本剖面）
图3-1 典型重力坝
2、重力坝的安全工作准则（板书）
稳定——不滑动。主要依靠坝体自重产生的抗滑力（与基岩的摩擦力）来抵消坝前水推力。
强度——不出现拉应力。依靠坝体自重产生的压应力来抵消水压力引起的拉应力来满足
强度要求。
3、重力坝的类型（板书）
(1)(1)按构造
不同分为：
实体重力
坝，宽缝重
力坝，空腹
重力坝、预
应力重力
坝。
宽缝重力坝：两坝
段之间设置宽缝，降低
扬压力，节省混凝土，
施工温控散热条件好，
但施工模板用量大，技
术要求高。（丹江口）
空腹重力坝：降低
扬压力，节省混凝土，充分发挥材料强度，空腹内可布置厂房。
预应力重力坝：提高稳定性，消除拉应力。
(2)(2)按作用不同分为：溢流重力坝，非溢流重力坝。
(3)(3)按筑坝材料的不同分为：混凝土重力坝和浆砌石重力坝。
4、重力坝的优缺点（板书）
优点：
（1）（1）结构简单，安全可靠。断面尺寸大，坝内应力较低，筑坝材料强度高，耐久性好。结构简单，施工方便，利于修补、扩建。
（2）（2）对地形地质条件适应性强。任何形状的河谷都可以修建重力坝。对地基要求高于土石坝，低于拱坝。一般具有足够强度的岩基均可以满足要求。重力坝分段能较好适应岩石物理力学特性。但也要重视地基处理。
（3）（3）泄洪问题容易解决。坝体材料强度高，抗渗性、抗冲性好，溢流坝段或坝身泄水孔均可泄水。坝体施工期可导流。
（4）（4）结构作用明确。各坝段单独工作，稳定、应力计算简单。
缺点：
（1）（1）剖面大，材料用量多。
（2）（2）坝体应力较低，材料强度不能充分发挥。50米高的重力坝，坝内最大压应力只有1.4MPa，而常用的大坝常态混凝土C20的轴心抗压强度为18.5MPa，C25为
22.4MPa，最低的C7.5也有7.6MPa。（150mm立方体试件90天龄期，保证80％）（3）（3）坝体与地基接触面大，受扬压力影响大。对稳定不利，需要设置防渗排水设施。
（4）（4）体积大，水泥用量多，水化热高。散热条件差，容易形成温度裂缝，施工
期需要严格的温度控制措施。（初龄期的混凝土刚度低，散热后可自由伸缩，冷却后，刚度增大，受周围混凝土约束，收缩产生裂缝）
[讨论]
重力坝合理的断面形态及其理由？
5、重力坝的设计内容（板书）
（1）（1）总体布置。选择坝址、坝轴线和坝的结构型式，决定坝体与两岸其他建筑物的连接方式，确定坝体在枢纽中的位置。
总体布置应根据地形地质条件，根据综合利于要求，合理安排泄洪、发电、灌溉、供水、航运、过木、排沙、过鱼等建筑物，避免相互干扰。可优先考虑泄洪建筑物的布置，使其下泄水流不至于冲淘坝基、其它建筑物的的基础及岸坡。重力坝通常由非溢流段、溢流段和两者之间的连接边墩、导墙以及坝顶建筑物。坝轴线一般成直线，必要时可成折线或稍拱的曲线。注意各坝段外形协调，保持上游面奇平。
水利枢纽布置的一般原则见P482。
（2）（2）剖面设计。根据安全、经济和运用条件，参照已建类似工程，初拟剖面形态和轮廓尺寸。
（3）（3）稳定分析。验算坝体在荷载作用下沿坝基面或地基中软弱结构面抗滑稳定的安全度，为剖面设计、地基处理和正常运行提供依据。
（4）（4）应力分析。计算坝体和坝基在荷载作用下的应力和变形，判定大坝在施工期及运用期是否满足强度和变形方面的要求，为其它设计（剖面设计、地基处理、结构布置、施工分缝）提供依据。要计算各主应力方向、大小，坝体内部的应力分布。
（5）（5）构造设计。根据施工和运用要求确定细部构造，包括材料选择和分区、坝内廊道布置及排水、防渗措施以及坝体分缝等。
（6）（6）地基处理。根据地质条件及受力情况，进行地基开挖、防渗、排水、加固及断层软弱带的处理等。
（7）（7）泄水设计。包括溢流坝或泄水孔的孔口尺寸、体形、消能防冲及运行控制设计等。
（8）（8）监测设计。研究大坝在各种荷载和环境影响下的工作状态，对工程质量和建筑物的安全条件做出判断，以便采取相应的措施，保证运行安全可靠和提高经济效应。包括坝内部和外部的观测设计。
（9）（9）施工组织设计。
6、重力坝的建设（板书）
最早的重力坝是公元前2900年古埃及在尼罗河上修建的一座高15米、顶长240米的挡水坝。人类历史上修建的第一批堰、坝，都是利用结构自重来维持稳定，结构简单，安全可靠。
我国重力坝发展过程：
50年代首先建成了高105m的新安江和高71m的古田一级两座宽缝重力坝。
60年代建成了高97m的丹江口宽缝重力坝和高147m的刘家峡、高106m的三门峡两座实体重力坝。
70年代建成了黄龙滩、龚嘴重力坝。
80年代建成了高165m的乌江渡拱型重力坝和高107.5m的潘家口低宽缝重力坝等。
长江三峡水利枢纽重力坝，坝高185米。
§3-2§3-2作用在重力坝上的荷载及其组合
教学内容
作用在重力坝上的荷载及其组合
教学重点：
扬压力，地震惯性力
教学过程
［导入新课］
复习在第二章中介绍的作用及作用组合，提问：重力坝应考虑哪些荷载。
［讲授新课］
一、作用在重力坝上的荷载
1、基本荷载
1）坝体及其上固定设备的自重；
2）正常蓄水位或设计洪水位似的扬压力；
3）相应于正常蓄水位或设计洪水位时的扬压力；
4）泥沙压力；
5）相应于正常蓄水位或设计洪水位时的浪压力；
6）冰压力；
7）土压力；
8）相应于设计洪水位时的动水压力；
9）其他出现几率多的荷载；
2、特殊荷载：
1）校核洪水位时的静水压力；
2）相应于校核洪水位时的扬压力；
3）相应于校核洪水位时的浪压力；
4）相应于校核洪水位时的动水压力；
5）地震荷载；
6）其他出现机率很少的荷载。
3、扬压力
a、坝基扬压力
产生原因：由于上下游水位差的
作用，库水将通过坝基向下游渗透，
在坝底产生渗透压力。
坝底水平面承受垂直向上的总水
压力称为坝底扬压力，包括由下游水
深引起的浮托力和上下游水头差产生
的渗透压力。渗流的沿程水头损失与
坝基地质条件、坝体与坝基接触面附近材料
和施工质量、防渗和排水效果等多种因素有
关。
计算：已知上下游水深H1和H2，可确定
上游坝踵扬压力强度为γH1和γH2，中间直线连接，排水孔处折减。α还与工程等级有关。
危害：消减坝体自重的作用，对重力坝的稳定和应力不利。
处理措施：对坝踵附近的地基进行帷幕灌浆，在帷幕后设置排水孔。帷幕阻拦渗水，延长渗径，消减水头；排水孔排除渗透水，降低渗透压力。
b、坝内扬压力
坝体内部扬压力：由于坝体混凝土具有一定的渗透性，在因此在水头作用下，库水会从上游渗入坝体产生渗透压力，水平施工缝结合处问题突出。
影响：影响坝内应力，使坝体上游产生拉应力
通常在坝体上游面3～5米内提高混凝土抗渗性，在防渗层后设置排水管。
4、地震作用
地震是由于地壳应力重分布而产生的，地下岩层活动引起地壳表面的波动。
地震级别：按地震释放的能量大小划分9级
烈度：地面及房屋等建（构）筑物受地震破坏的程度。
我国将地震烈度划分为12度。
3度：少数人有感，仪器能记录到。
4～5度：睡觉的人会惊醒，吊灯摆动。
6度：器皿倾倒，房屋轻微损坏。
7～8度：房屋破坏，地面裂缝。
9～10度：桥梁、水坝损坏，房屋倒塌，地面破坏严重。
11～12度：毁灭性的破坏。
基本烈度：在今后一定时期内可能遭遇的最大烈度。
设计烈度：设计采用的地震烈度。
水库诱发地震的原因：
a、a、库水加重地壳应力
b、b、水向岩石中渗透产生渗透压力
c、c、岩石浸水性质软化
d、d、水渗入滑动带，降低了摩擦
地震波：地震波主要包含纵波和横波。振动方向与传播方向一致的波为纵波（P波）。来自地下的纵波引起地面上下颠簸振动。振动方向与传播方向垂直的波为横波（S波）。来自地下的横波能引起地面的水平晃动。横波是地震时造成建筑物破坏的主要原因。
由于纵波在地球内部传播速度大于横波，所以地震时，纵波总是先到达地表，而横波总落后一步。这样，发生较大的近震时，一般人们先感到上下颠簸，过数秒到十几秒后才感到有很强的水平晃动。这一点非常重要，因为纵波给我们一个警告，告诉我们造成建筑物破坏的横波马上要到了，快点做出防备。
重力坝只考虑顺河流方向的水平地震作用，两岸陡坡上的重力坝段宜计算垂直河流方向的水平向地震作用。
地震作用包括：建筑物自重及设备自重所产生的地震惯性力、地震动水压力和地震动土压力。还可能产生共振现象。
地震惯性力与地震加速度方向相反。
地震对重力坝的危害：坝基错动断裂，坝体断裂，大规模滑坡造成涌浪漫顶
计算方法：拟静力法。假定地震对坝体的影响，可以用一种等效的静荷载代替。设计中可直接与静荷载相叠加。在静力法基础上（F=ma），考虑地震时建筑物发生变形，加速度沿
高程分布不均，将加速度分布沿高程分布用简化图形代替，使计算结果接近实际。
地震惯性力：水平向总地震惯性力，质点的水平惯性力
地震动水压力
地震动土压力
重力坝抗震评价：
a、a、重力坝地基较好
b、b、混凝土重力坝的刚度大，自振周期小，不易引起共振
c、c、混凝土重力坝对于抵御水平方向的水推力较强
抗震措施：
a、a、加强坝基处理
b、b、设置灌浆排水廊道，以便及时检查
c、c、加强混凝土温控，尽量减少裂缝
d、d、横缝止水材料的变形性能要好
e、e、加强坝顶刚度减轻其重量
f、f、提高坝顶结果的抗震能力（力求轻型、简单、整体性好，具有足够强度，尽量
降低其高度）
二、荷载组合
混凝土重力坝应分别按承载能力极限状态和正常使用极限状态进行结构计算。
承载能力进行状态计算内容：坝体断面、结构及坝基岩体进行强度和抗滑稳定计算，必要时进行抗浮、抗倾验算；对需要抗震设计的还需要进行抗震设计。承载能力极限状态应考虑两种作用效应组合：基本组合（持久状况下或短暂状况下，可变作用与永久作用的效应组合）和偶然组合（偶然状况下，可变作用、永久作用与一种偶尔作用的效应组合）。
正常使用极限状态：按材料力学方法极限坝体上、下游面混凝土拉应力验算，必要时进行坝体及结构变形计算；复杂地基局部渗透稳定验算。正常使用极限状态应考虑短期组合（持久状况下或短暂状况下，可变作用的短期效应与永久效应的组合）和长期组合（持久状况下，可变作用的长期效应与永久效应的组合）。
荷载组合见表3-4。
[课后思考]
请同学们收集水库诱发地震的案例，研究扬压力发现过程。
§3-3§3-3（非溢流）重力坝的剖面设计
教学内容
重力坝的基本剖面，非溢流重力坝的实用剖面
教学重点：
基本剖面的拟定
教学过程
［导入新课］
复习上节所讲重力坝的结构特点，提问同等面积下各种形状重力坝的安全性。
［讲授新课］
剖面设计任务：选择一个既满足稳定和强度要求，又使体积最小和施工简单、运行方便的剖面。
精确的方法是以整个工程的经济指标作为目标函数，在满足上述设计要求和其它必要的约束条件下，用数学规划和设计优化方法求得最优的剖面。
工程方法：简化上述问题，先考虑坝体主要荷载，按安全和经济要求，拟定基本剖面，再根据运用条件及其它要求，将基本剖面修改成为实用剖面，最后对实用剖面在全部荷载作用下进行应力分析和稳定验算，经过多次修改和计算，确定合理的坝体剖面。 一、 一、 剖面设计的原则（板书）
a) a) 满足稳定和强度要求，保证大坝安全； b) b) 力求断面较小，节省工程量； c) c) 运用方便；
d) d) 断面外形轮廓简单，便于施工。 二、 二、 基本剖面（板书）
a 、 a 、 定义：重力坝的基本剖面是指坝体在自重、静水压力（水位与坝顶齐平）和扬压力
三项主要荷载作用下，满足稳定和强度要求，并使工程量最小的三角形剖面。 b 、 b 、 三角形剖面最优的道理：与具有相同面积的矩形或梯形截面比较
a) a) 三角形剖面重心低，有利于稳定或应力。重心低自重和水压力的合力指向坝
体中心部分，不易倾覆。合力对形心的弯矩小，对上游坝踵产生的拉应力小。 b) b) 三角形剖面底部与地基接触面大，对抗滑稳定有利。 c) c) 水压力和渗透压力也呈三角形分布，有利于抵消扬压力。
c 、 c 、 方法：在满足强度和稳定要求下，根据给定的坝高求得一个最小的坝底宽度，即可
确定三角形的上下游坡度。可沿坝轴线方向取单位长度的坝体来研究。 三、 三、 实用剖面（板书）
基本断面是在荷载和剖面形态简化后确定的，还需考虑其它荷载和运用条件（比如坝顶交通和运行管理需要坝顶足够的宽度，为防止漫顶应有超高），修正基本断面，形成实用剖面。
1、 1、 坝顶宽度
满足设备布置、运行、交通及施工要求，非
溢流坝的坝顶宽度一般可取坝高的8%～10%，并不小于2米。当坝顶作交通或有移动式起闭设备，需根据实际情况确定。 2、 2、 坝顶高程
坝顶或坝顶上游防浪墙高于静水位的超高△
h ，可按下式计算：
c
z l h h h h ++=?（波浪高度+波浪中心
线至静水位的高度+安全加高） 坝顶高程或坝顶上游防浪墙顶高程＝设计洪水位+△h 设或校核洪水位+△h 校，取其中较大值。
防浪墙一般高度为 1.2m ，应与坝体在结构上连成整体，墙身应有足够的厚度以抵抗波浪及漂浮物的冲击。
3、3、剖面形态
非溢流重力坝剖面形状
(a)采用铅直上游坝面，适用于坝基摩擦系数较大，由应力条件控制坝体剖面的情况。优点：便于布置和操作坝身过水管道进口控制设备。缺点：在上游面铅直的基本三角形剖面上增加坝顶重量，空库时下游坝面可能产生拉应力。
（b）是工程上常用实用剖面，上游坝面上部铅直、下部倾斜。优点：既可以流域部分水重增加坝的稳定，又可保留铅直的上部便于管道进口布置设备和操作。上游坡起坡点位置应结合应力控制条件和引水、泄水建筑物的进口高程确定，一般在坝高的1/3～2/3范围内。设计时也要验算起坡点高程水平截面的强度和稳定条件。
（c）上游略呈倾斜的基本三角形加坝顶而成，适用于坝基摩擦系数较小的情况。优点：倾斜的上游坝面可增加坝体自重和利用一部分水重，以满足抗滑要求。修建在地震区的重力坝，为避免空库时下游坝面拉应力过大，可采用此剖面。
实用剖面不拘泥于这些型式，根据具体条件，参考已建工程，选取合理剖面。
4、4、优化设计
经济剖面：在满足稳定、应力条件下，从不同参数所组成的许多剖面中，选取坝体总工程量最小的剖面。
[课后学习]
请同学们选修结构优化设计课程
§3-4§3-4重力坝的稳定分析
教学内容
重力坝的失稳可能性、分析方法、计算参数的选取，增加重力坝稳定的工程措施
教学重点：
抗剪断分析方法，增加稳定的工程措施
教学过程
［导入新课］
由重力坝的工作原理讲到稳定分析的重要性，并回忆岩石力学中刚体极限平衡法。
［讲授新课］
稳定分析目的：验算重力坝在各种可能荷载组合下的稳定安全度。
失稳可能性：沿坝体抗剪能力不足的薄弱层面滑动，包括沿坝与基岩接触面的滑动以及沿坝基岩体内连续软弱结构面产生的深层滑动；在荷载作用下，上游坝踵以下岩体受拉产
生倾斜裂缝以及下游坝趾受压发生压碎区而引起滑移破坏。
一、一、沿坝基面的抗滑稳定分析
坝体和坝基接触面是两种材料的结合面，而且受施工条件限制，其抗剪强度往往较低，坝体所受的水平推力也较大，因此要验算沿坝基面的抗滑稳定性。
（一）（一）计算公式
1、1、抗剪强度公式（摩擦公式）：把滑动面看成是接触面，不是胶结面。滑动面上的阻
滑力只计摩擦力，不计凝聚力。
滑动面为水平时的抗剪强度公式：
∑
∑-=
P
U
W
f
K
)
(
滑动面倾向上游时：
∑∑
∑∑
-
+
-
=
α
α
α
α
sin
cos
)
sin
cos
(
W
P
P
U
W
f
K
U为垂直于所计算滑动面的扬压力
摩擦公式忽略了坝体与基岩的胶结作用，不能完全反映坝的实际工作性态，不考虑凝聚力，
2、2、抗剪断公式：坝体与基岩胶结良好，考虑凝聚力。
∑
∑'+
-
'
=
P
A
c
U
W
f
K
)
(
试验证明，在多数情况下C’的现场测值不稳定，试件制备时的粘结状态与坝的实际情况有出入。
（二）（二）计算参数的确定
计算参数f’、c’对抗滑稳定的影响很大。参数便大，则坝体或坝基抗滑稳定没有保证；反之，则造成浪费。新安江大坝f值减小0.01，会增加2万方混凝土。f’、c’应通过试验确定。
（三）（三）极限实际状态计算公式
承载能力极限状态：
基本组合
)
,
(
1
)
,
,
(
1
0k
m
k
d
k
k
Q
k
G
f
R
Q
G
Sα
γ
γ
α
γ
γ
?
γ≤
式中：
；
、
、
的结构，可分别取
、
、
于安全级别为
为结构重要系数，对应9.0
0.1
1.1
III
II
I
γ
；
、
、
况，可分别取
于持久、短暂、偶然状
为设计状况系数，对应85
.0
95
.0
0.1
?
S(·) 作用效应函数，此处取S(·)＝∑P R（坝基上全部切向作用之和）；
R(·)结构及构件抗力函数，此处取R(·)＝∑f’R∑W R + c’R A R（∑W R坝基上全部切向作
用之和,f’R坝基面抗剪断摩擦系数，c’R坝基面抗剪断黏聚力）；
γG永久作用分项系数；
γQ可变作用分项系数；
G K永久作用标准值；
Q K可变作用标准值；
αK几何参数标准值；
f K材料性能标准值；
γm材料性能分项系数；
γd1基本组合结构系数。
二、二、沿坝基深层的抗滑稳定分析
深层滑动是指坝体连同部分坝基沿软弱结构面一起滑动。深层抗滑稳定分析是十分复杂
的问题，要获得比较符合实际情况的安全系数，首先要查明坝基地质情况，确定控制性的软
弱结构面的产状，并通过试验测定这些结合面上的抗剪指标，然后拟定计算原则和方法，并
采取必要的工程措施，以确保大坝的安全。
单斜面深层抗滑稳定分析可按抗剪断公式计算。我们主要介绍双斜面抗滑稳定计算。常
用分析方法：
a、a、刚体极限平衡法：概念清楚，计算简便，任何规模的工程均可采用；缺点是不
能考虑岩体受力后所产生变形的影响，极限状态与允许的工作状态也有较大的出
入。
b、b、有限单元法：可以计算地基受力后的应力场和位移场，可研究地基破坏的发展
情况。对于地基软弱夹层破坏的安全标准有三种：
a)a)超载法：将作用在坝体上的外荷载逐级加大，直至滑动面的抗滑稳定处
于临界状态，外荷载增大倍数即为抗滑稳定安全系数；
b)b)强度储备法：降低软弱夹层和尾岩抗力体的抗剪参数值，直至沿滑动面
的抗滑稳定处于临界状态，抗剪参数值的降低倍数即为安全系数；
c)c)剪力比例法：根据有限元法计算在设计荷载作用下滑动面上的正应力和
剪应力分布，求出滑动面
上总的抗滑力和和滑动
力，两者的比值即为安全
系数。
c、c、地质力学模型试验法：能
较好地模拟基岩的结构、强度
和变形特性，以及自重、静水
压力等荷载，能形象地显示滑移破坏的过程。模拟内容不够全面和完善，不能完全
依靠试验定量解决问题。
1. 1.剩余推力法
AB为缓倾角夹层或软弱面，称为主滑裂面，BC为辅助滑裂面。假定ABD块处于极限平衡状态，求出抗力R，然后将R施加在滑动体BCD上，再按抗剪断公式求出整个滑动体的稳定安全系数。
Pcosα+W1sinα=f1[W1cosα-Psinα-Rsin(Ψ-α)-U1]+c1A+Rcos(Ψ-α)
2. 2.被动抗力法
假定DBC块处于极限平衡状态，求出抗力R，然后将R施加在滑动体ABD上，再按抗剪断公式求出整个滑动体的稳定安全系数。
计算中假定抗力R和坝体之间的分界面法线的交角为φ，其值对安全系数也有较大的影响。φ的大小与分界面上的摩擦特性有关，可近似取tgφ等于界面上的摩擦系数除以安全系数K。若取φ＝0，则算出的安全系数最小，便于安全。
优点：概念清楚，不需要试算。缺点：ABD块和BCD块的稳定安全系数不同。
3. 3.等安全系数法
按ABD块和BCD块具有相等的抗滑稳定安全系数，分别计算出沿AB和BC面上的抗滑稳定安全系数。令K1＝k2＝k，用试算或迭代法联立求解以上两方程，可求得整个滑动体的抗滑稳定安全系数及抗力R。
坝基面、抗裂面的阻滑力受岩石性质、产状等影响，计算精度差，因此坝基抗滑稳定安全系数要求大于坝体的抗滑稳定安全系数。
上述方法是将双斜面滑动岩体ABC分为两块来进行深层抗滑计算，分界面BD可以是实际存在的构造面，也可以是假设的破裂面。如若是假设的破裂面，则计算的安全系数偏低。如果滑动岩体比较完整坚固，BD面上的抗剪强度足以承担其剪力，则应按整体深层抗滑稳定验算。
令O点为瞬时滑动中心，受力如图，则所有外荷载对O点的力矩M0为：
M0=Fd=Q1r1+Q2r2
滑动面上所能提供的最大抗滑力矩M1与滑动力矩M0之比，得出整体深层抗滑稳定的安全系数K：
三、三、沿岸坡坝段的抗滑稳定分析
重力坝岸坡坝段的坝基面是一个倾向河床的
斜面或折面。除在水压力作用下有下游滑动趋势。在三向荷载作用下，岸坡坝段的稳定条件比河床坝段差。
靠近岸坡的一个坝段设岸坡倾角为θ，坝块总重为W ，坝基面上的扬压力为U ，上游坝面水压力为P ，坝基面的抗剪强度参数为f ′或f ′和c ′，滑动面面积为A 。将自重分解为对滑动面的法向分力N=Wcos θ和切向分力T=sin θ，并将切向分力和水压力合成为S ，则岸坡坝段的抗滑稳
定安全系数为：
四、四、提高抗滑稳定性的工程措施
根据
∑∑'+-'=
P
A
c U W f K )(，可以提高f ’，W ，A ，降低U
1、 1、 利用水重。将坝的迎水面
作成倾斜，适用于坝基摩擦系数较小的情况，但坡度过缓容易导致上游面出现拉应力。 2、 2、 采用有利的开挖轮廓线。
将坝基面开挖成倾向上游的斜面，当基岩为水平层状结构时特别有效，但会增加坝基开
挖量和坝体混凝土浇筑量。
a) a) 开挖坝基时，利用岩面的自然坡度，使坝基面倾向上游。
b) b) 将坝踵高程降低，使坝基面倾向上游，但这将加大上游水压力，增加开挖量
和混凝土浇筑量
c) c) 当基岩比较坚固时，可开挖成锯齿状，形成局部的倾向上游的斜面，但能否
开挖成锯齿状，取决于基岩节理裂隙的
3、 3、 设置齿墙。切断较浅的软
弱面，迫使可能滑动面由abc 成为a ′b ′c ′，这样既增大了滑动体的重量，同时也增大了抗滑体的抗力。 4、 4、 抽水措施。降低扬压力 5、 5、 加固地基。固结灌浆 6、 6、 横缝灌浆。将部分坝段或
整个坝体的横缝进局部或全部灌浆，以增强坝的整体性和稳定性。
7、7、预应力措施。
其它措施：移动坝轴线，避开软弱夹层；增加坝体自重，在正常断面外增加压重混凝土。
§3-5§3-5重力坝的应力分析
教学内容
重力坝的应力分析目的、方法，应力控制标准，非荷载因素对坝体应力的影响
教学重点：
重力坝应力分析的材料力学法
教学过程
［导入新课］
提示材料力学应力计算方法。
［讲授新课］
一、一、应力分析的目的与方法
目的：检验坝体和坝基在施工期与运用期是否满足强度要求，并根据应力分布情况进行坝体混凝土标号的分区，也为了研究某些部位的局部应力集中和特殊结构（坝内孔道、溢洪道闸墩和挑流鼻坎）的应力状态，以便采取措施。
重力坝一般分为若干坝段，可作为平面问题处理。
过程：A、先进行荷载计算和荷载组合；B、选择适当的方法进行应力计算；C、检验坝体各部位的应力是否满足强度要求。
方法：A、模型试验法；B、材料力学法；C、弹性理论解析法；D、弹性理论差分法；E、弹性理论有限元法。目前常用的试验方法有光测方法和脆性材料电测方法。光测方法有偏光弹性试验和激光全息试验，主要解决弹性应力分析问题。脆性材料电测方法除能进行弹性应力分析外，还能进行破坏试验。近年来发展起来的地质力学模型试验方法，可以进行复杂地基的试验。此外，利用模型试验还可进行坝体温度场和动力分析等方面的研究。有限元法是20世纪50年代中期随着电子计算机的出现而产生的一种计算方法。可以处理复杂的边界，包括：几何形状、材料特性和静力条件。60年代以后，经数学工作者的努力，其应用从求解应力场扩大到求解磁场、温度场和渗流场等。能解决弹性问题、塑性问题；能解决静力问题、动力问题；能计算单一结构、复杂的组合结构，是一种综合能力很强的计算方法。
实践证明，对于一般中等高度或较低的坝，应力问题往往不是设计中的控制条件，用材料力学法可满足设计要求。对于高坝或地质条件复杂的坝，还要进行模型试验或采用有限元法进行验算。
二、二、应力分析的材料力学法
（一）（一）基本假定
a、a、坝体混凝土为均质、连续、各向同性的弹性材料
b、b、视坝段为固接于地基上的悬臂梁，不考虑地基变形对坝体应力的影响，并认为各坝
段独立工作，横缝不传力。
c、c、假定坝体水平截面上的正应力σy按直线分布，不考虑廊道等对坝体应力的影响。
（二） （二） 设计要点
a 、 a 、 坝体的强度控制在水平断面上
b 、 b 、 水平断面上的应力极限值控制在上下游的端点
c 、 c 、 上游侧以垂直正应力σyu 控制，要求σyu ＞0
d 、 d 、 下游侧以平行坝面的主应力σ1d 控制
（三） （三） 边缘应力的计算 1、 1、 水平截面上的正应力σyu 、σyd
2
6B M
B
W y ∑∑±=
σ
2、 2、 剪应力τu 、τ d
n
p yu u u )(στ-= m
p d yd
d
)(-=σ
τ
3、 3、 水平正应力σxu 、σxd
n p u u xu τσ-= m p d d xd τσ+=
4、 4、 主应力σ1u 、σ1d
u
u
u yu u p φφσσ221cos sin -=
（四） （四） 内部应力的计算
a) a) 坝内水平截面上的正应力
bx
a y +=σ
2
6B M
B
W a ∑∑-=
2
12B M b ∑=
b) b) 坝内剪应力
2111x c x b a ++=τ
c) c) 坝内水平正应力
2222x c x b a ++=σ
（五）（五）考虑扬压力情况
孔隙水压力+有效应力＝总应力
边缘应力公式
坝内应力可先计算无扬压力情况，然后迭加扬压力引起的应力。
三、三、应力控制标准
坝基面：
施工期：下游面允许有不大于0.1MPa的拉应力
运用期: σymax＜[σ]，σymin＞0
四、四、非荷载因素对坝体应力的影响
材料力学法计算坝体应力还有很多因素未考虑，比如：地基变形、地基不均匀性、施工纵缝及分期施工等因素。
1、1、地基变形对坝体应力的影响
材料力学法假定水平截面的σy是呈直线分布，即任何水平截面在变形后仍保持为平面。实际上地基受到坝体传给的力和库水压力，必然发生变形，坝基面不可能保持平面，应力发生重分布。
地基变形使得坝底面以上约1/3～1/4坝高范围内应力分布与材料力学法计算结果差别较大。在此范围内的应力分布状况与坝体材料弹性模量和地基弹性模量的比值有关。
2、2、地基不均匀性对坝体应力的影响
地基由不同弹性模量的岩体组成，对坝体和坝基应力产生影响。坝踵处地基刚度较大时，有可能产生拉应力。
3、3、施工纵缝对坝体应力的影响
纵缝灌浆后，坝体才承担水压力和扬压力荷载。灌浆前只考虑坝体自重，自重产生的应力与上游坝坡有关。倒坡有利减小于坝踵拉应力，但施工困难。
4、4、分期施工对坝体应力的影响
在高坝建设中，为提前发电或减少初期移民，考虑分期施工。分期施工对坝踵应力影响较大。
重力坝设计说明书 《水工建筑物》课程设计 姓名： 专业： 学号： 基本资料一、基本情况 本重力坝水库坝高53.9m，坝底高程31.0m，坝顶高程84.9m ， 坝基为微、弱风化的花岗岩层，致密坚硬，强度高， 抗冲能力强。 3水库死水位51.0m，死库容亿m，正常水位80.0m，设计状况时上游水位82.5m、下游水位45.5m，校核状况上游戏水位84.72m、下游水位46.45m。二、气候特征 1、根据当地气象局50年统计资料，多年平均最大风速14m/s，重现
期50年最大风速23m/s，设计洪水位时2.6km，校核洪水位时3.0km； 2、最大冻土层深度为125m； 3、河流结冰期平均为150天左右，最大冰层1.05m。三、工程地质条件 1、坝址地形地质（1）、左岸：覆盖层2-3m，全风化带厚3-5，强风化加弱风化带厚3m，微风化层厚4m； （2）、河床：岩面较平整，冲积沙砾层厚约0-1.5m，弱风化层厚1m 左右，微风化层厚3-6m；坝址处河床岩面高程约在38m左右，整理个河床皆为微、弱风化的花岗岩层，致密坚硬，强度高，抗冲能力强；（3）、右岸：覆盖层3-5m，全风化带厚5-7，强风化加弱风化带厚1-3m，弱风化带厚1-3m，微风化层厚1-4m。 2、天然建筑材料：粘土料、砂石料和石料在坝址上下游2-3km均可开采，储量足。粘土料各项指标均满足土坝防渗体土料质量技术要求。砂石料满足砼重力坝要求。 大坝设计 一、工程等级 3 3本水库死库容亿m，最大库容未知，估算约为5亿m左右。根据现行《水电枢纽工程等级划分及设计安全标准》（DL5180-2003），按水库总库容确定本工程等别为Ⅱ等，工程规模为大（2）型水库。枢纽主要建筑物挡水、泄水、引水系统进水口建筑物为2级建筑物，施工导流建筑物为3级建筑物。二、坝型确定
文献综述题目：重力坝设计
重力坝设计 摘要：重力坝从结构上可分为：实体重力坝，宽缝重力坝和空腹重力坝三种类型。对于这几种坝型，本文主要从应力、稳定及结构优化设计，温控等方面简要介绍了当前的处理方法并对重力坝研究的发展方向进行了展望。 关键词：重力坝应力稳定及结构优化设计温控发展趋势 1、选题的目的及意义 重力坝是一种古老的坝型，以其体形简单、便于泄洪和能适应多种地基条件而被广泛采用。在漫长的坝工发展史上，特别是20世纪利用混凝土建坝以来，重力坝起了重要的作用（沈崇刚，1999.12）[1]。中国是一个坝工大国，大坝的建设已有2500多年历史，无论是从数量上还是从规模上都居于世界前列。新中国成立以来，共修建堤坝86900多座（郑连第，2000.4）[2]截至1982年，超过200米的大坝有24座，超过100米的有345座，超过60米的有1350座。它们在水力发电、防洪减灾、工农业用水、航运、水产和环保旅游等方面，发挥了巨大的社会效益和经济效益。随着水利水电事业的发展，大坝的建设必将更加迅猛的发展（程念高，2000.2） [3] 混凝土重力坝是高度可靠建筑物，其可靠性在坝工建设发展过程中通过完善的施工和运行方法予以保证。但是大坝像所有其他建筑物一样也会发生事故（刘浩吾，1999.7）[4]。根据国际大坝委员会提供的资料，截至1987年1月，在国际大坝委员会72个成员国正在运行的36 235座各种类型的高坝(其中包括中国的17406座坝)中，有事故记录的即有1 105座，其中107座坝遭到破坏。根据1900-1980年大坝故障统计资料，岩基上混凝土坝在破坏方面的可靠性为0. 99767，在损坏方面的可靠性则为0. 9556每年因大坝破坏造成的死亡人数达133~146人。法国的马尔赛拱坝，美国的提堂坝以及我国的板桥，石漫滩等大坝的失事就曾给下游人们带来严重的灾难（邢林生，2001.1）[5]。我国2000年对96座大、中型水电站大坝重大缺陷和隐患进行了分析统计。约40%的大坝防洪标准低于现行规范的要求。有60多座呈现出老化的现象，这不仅威胁防洪安全，而且严重影响水库发展及水电站效益的发挥。因此，对混凝土重力坝的进一步研究具有非常重要的理论意义和现实意义。 2、重力坝的结构类型及研究热点 重力坝是国内外建造数量最多的一种混凝土坝，至2000年为止，我国已建混凝土重力坝150座，其中实体重力坝125座，宽缝重力坝17座，空腹重力坝8座。 2.1实体重力坝 2.1.1实体重力坝的优点
六、坝体强度承载能力极限状态 计算及坝体稳定承载能力极限状态计算（一）、基本资料 坝顶高程：m 校核洪水位（P = %）上游：m 下游：m 正常蓄水位上游：m 下游：m 死水位：m 混凝土容重：24 KN/m3 坝前淤沙高程：m 泥沙浮容重：5 KN/m3 混凝土与基岩间抗剪断参数值：f `= c `= Mpa 坝基基岩承载力：［f］= 400 Kpa 坝基垫层混凝土：C15 坝体混凝土：C10 50年一遇最大风速：v 0 = m/s 多年平均最大风速为：v 0 `= m/s 吹程D = 1000 m
（二）、坝体断面 1、非溢流坝段标准剖面 (1)荷载作用的标准值计算（以单宽计算） A 、正常蓄水位情况（上游水位，下游水位） ① 竖向力（自重） W 1 = 24×5×17 = 2040 KN W 2 = 24×× /2 = KN W 3 = ×（）2× /2 = KN ∑W = KN W 1作用点至O 点的力臂为： /2 = m W 2作用点至O 点的力臂为： m 067.16.83 2 26.13=?- W 3作用点至O 点的力臂为： m 6.58.0)10905.1094(3 1 26.13=?-?-
竖向力对O点的弯矩（顺时针为“－”，逆时针为“+”）：M OW1 = 2040×= 8772 KN·m M OW2 = －×= －KN·m M OW3 = －×= －445 KN·m ∑M OW = KN·m ②静水压力（水平力） P1 = γH12 /2 = ×－1090)2 /2= －KN P2 =γH22 /2 =×2 /2 = ∑P = －KN P1作用点至O点的力臂为：－1090)/3 = P2作用点至O点的力臂为：－1090)/3 = 静水压力对O点的弯矩（顺时针为“－”，逆时针为“+”）：M OP1 = ×= －6089 KN·m M OP2 = ×= KN·m ∑M OP = －KN·m ③扬压力 扬压力示意图请见下页附图： H1 = －1090 = m H2 = －1090 = m (H1 －H1) = －= m 计算扬压力如下： U1 = ××= KN U2 = ××/2 = KN ∑U = KN
水工建筑物课程设计 ——重力坝 ：武亮 学号： 2011101812 班级： 11水利水电工程（本）04 指导老师：洁
目录 一、原始资料(数据) (2) 二、坝体剖面拟定 (3) 三、稳定分析 (5) 四、应力分析 (13) 五、溢流坝面设计 (15) 六、细部构造设计 (17) 七、地基处理设计 (19) 附录1：参考资料 (21) 附录2：坝体剖面图 (21)
一、原始资料(数据) 某枢纽以发电为主，兼顾防洪灌溉。水库建成后，还可以提高下游二个水电站的出力和发电量。该工程坝型为混凝土重力坝。 1、水库特征： 1.1、水库水位： ①正常蓄水位—349米 ②设计洪水位—349.9米 ③校核洪水位—350.4米 1.2、下泄流量及相应下游水位：①千年一遇洪水的下泄流量13770s m 3，相应下游水位271.90米；②五千年一遇洪水的下泄流量15110m 3，相应下游水位27 2.63米 1.3、库容：总库容为17.9亿立方米 考虑开挖后，坝基面高程269m 2、综合利用效益： 2.1、装机容量20万千瓦，年发电量7.4亿度。 2.2、防洪：可将千年一遇洪峰流量以18200s m 3削减至13770s m 3；可将五千年一遇洪峰流量从21200s m 3削减至15110m 3；可灌溉农田30万亩；此外还可改善航运条件，库区可从事养殖。 3、自然条件： 3.1、地形：坝址位于峡谷出口段，左岸地势较低，山坡较缓；右岸地势较高，山坡较陡。 3.2、地质：坝址出露岩层为志留系圣母山绿色含砾片岩。岩性坚硬完整，新鲜岩石饱和极限抗压强度在60-80Mpa 以上，坝上游坡角为绢云母绿泥石英片岩, 饱和极限抗压强度为30-40 Mpa 。 坝基坑剪断摩擦系数f 经野外试验及分析研究确定为1.0-1.1；坝基坑抗剪断凝聚力为0.6-0.8 Mpa 。 3.3、水文地质：坝址水文地质较简单。相对不透水层埋藏深度一般在35米以，
XXXXXX 继续教育学院 毕业论文 题目 XXX水库 混凝土重力坝枢纽设计 专业水工 层次专升本 姓名 学号
前言 关键词：重力坝剖面稳定应力细部构造地基处理 本次设计内容为河南南潘家口水利枢纽，坝型选择为混凝土重力坝，坝轴线选择和枢纽布置见1号图SG-01潘家口水库平面图所示。 整座重力坝共分53个坝段，主要有非溢流挡水坝段、溢流表孔坝段、溢流底孔坝段和电站厂房坝段。其中非溢流挡水坝段每坝段宽15米，分布于大坝两端；厂房坝段每段宽16米，布置在靠近右岸的主河床上，装机3台机组；底孔坝段每段宽22米，布置在厂房坝段左侧的主河床上；溢流坝段每段宽18米，布置在滦河主河床上。详见1号图SG-02下游立视图。 挡水坝段最大断面的底面高程为128米，坝顶高程为228米，防浪墙高1.2米，最大坝高为101.2m，属高坝类型。坝顶宽12米，最优断面的上游坝坡坡率为1:0.2，上游折坡点高程为181米，下游坝坡坡率为1:0.7，下游折坡点高程688.98英尺，详细情况参见1号图SG-03挡水坝剖面图。 溢流坝段最大断面的底面高程为126米，堰顶高程210米，溢流堰采用WES曲线设计，直线段坡率为1：0.7，反弧段半径取25.0米，鼻坎高程取159米，上游坝坡坡率取1：0.2，折坡点高程为181米，上游坝面与WES曲面用1/4椭圆相连，详细情况见1号图SG-02溢流堰标准横断面图所示。 本枢纽溢流堰采用挑流方式消能，挑角取250。止水采用两道紫铜中间加沥青井的形式。坝基防渗处理（主要依据上堵下排的原则），上游帷幕灌浆（两道），下游侧设置排水管。 以非溢流挡水坝段为计算选择断面，进行了抗滑稳定分析和应力分析，分别采用抗剪断计算法和材料力学法计算法进行计算，最终验算满足抗滑稳定，上游坝踵没有出现拉应力，设计剖面合理可行。 本次设计只是部分结构物设计，考虑问题较单一，采用基础资料一般以书本为主，跟实际情况难免有出入，敬请读者批评指正。 编者 2008.9
第三部分枢纽布置 （1）坝型的选择 坝型根据：坝址基岩岩性为燕山早期第三次侵入黑云母花岗岩，河岸边及冲沟底部见有弱风化基岩出露。河床冲积层厚度一般为2.0-2.5m，左岸覆盖层厚度为3-8m，右岸覆盖层厚度为0.5-5.0m，覆盖层主要为坡残积含碎石粘土层。且河床堆积块石、孤石和卵石，但是缺乏土料。浆砌石重力坝虽然可以节约水泥用量，但不能实现机械化施工，施工质量难以控制，故本工程采用混凝土重力坝。 （2）坝轴线的选取 坝址河段长350m，河流方向为N20E，其上、下游河流方向分别为S70E 和S80E。坝址河谷呈“V”型，两岸 h山体较雄厚，地形基本对称，较 1 完整，两岸地形坡度为30°-40°。河床宽20-30m，河底高程约 556-557m。坝轴线取在峡谷出口处，此处坝轴线较短，主体工 程量小，建库后可以有较大库容。 （3）地形地质 坝址基岩岩性为燕山早期第三次侵入黑云母花岗岩，河岸边及冲沟底部见有弱风化基岩出露。河床冲积层厚度一般为2.0-2.5m，左岸覆盖层厚度为3-8m，右岸覆盖层厚度为0.5-5.0m，覆盖层主要为坡残积含碎石粘土层。 （4）坝基参数 坝址地质构造主要表现为断层、节理裂隙。坝址发育11 条断层。建议开挖深度：河中5m，左岸6-12m，右岸6-15m。 （5）基本参数 干密度2.61g/cm 3 ，饱和密度2.62 g/cm 3 ，干抗压强度 92-120MPa，饱和抗压强度83-110MPa，软化系数0.9，泊松比
0.22-0.23。混凝土与基岩接触面抗剪断指标：Ⅲ类岩体，抗剪断摩擦系数 1.0-1.1，抗剪断凝聚力09.-1.1MPa。坝基高程为550m. 正常水位642.00m 设计水位642.71m 校核水位643.69m （6）工程级别：本水利枢纽坝址林地溪与国宝溪汇合口下游约2.5km的峡谷中，坝址集水面积144.5km2，又知河底高程556-557m。可算的水库容容量约为0.12亿立方米，大坝的工程级别为中型级别。 第三部分非溢流坝段设计 （1）剖面尺寸的拟定 1、坝顶高程的确定 坝顶高程分别按设计和校核两种情况，用下列公式进行： 波浪要素按官厅公式计算: Δh = h1+ hz + hc Δh—库水位以上的超高，m； h1—波浪高度，m； hz —波浪中心线超出静水位的高度，m； hc —安全超高，按表2-1 采用,对于2级工程，设计情况hc＝0.5m，校核情况hc＝0.4m。
重力坝的稳定性 汪祥胜3008205112（46）前言： 重力坝是世界出现最早的一种坝型，早在2900年前在埃及就出现了最早的重力挡水坝。随着我国重力坝建设的繁荣，数量的增多和高度的不断提升，使得对稳定分析有着重要的理论和实践意义。大坝的稳定性直接关系到大坝安全性和人民群众的生命财产息息相关，而此次实习的三峡和向家坝皆是重力坝的代表杰作，通过实习定能从深层次上了解有关大坝稳定性的相关问题，包括什么是重力坝，重力坝稳定的意义，其稳定性分析方法和提高坝体抗滑稳定性的工程措施及在实际中的应用情况和应注意的问题。 一．什么是重力坝 1.重力坝是由砼或浆砌石修筑的大体积档水建筑物，其基本剖面是直角三角形，整体是由若干坝段组成。 重力坝在水压力及其他荷载作用下，主要依靠坝体自重产生的抗滑力来满足稳定要求;同时依靠坝体自重产生的压力来抵消由于水压力所引起的拉应力以满足强度要求。 2.优缺点： 重力坝优点：重力坝之所以得到广泛应用,是由于有以下优点：①相对安全可靠,耐久性好，抵抗渗漏、洪水漫溢、地震和战争破坏能力都比较强；②设计、施工技术简单，易于机械化施工；③对不同的地形和地质条件适应性强，任何形状河谷都能修建重力坝，对地基条件要求相对地说不太高；④在坝体中可布置引水、泄水孔口，解决发电、泄洪和施工导流等问题。 重力坝缺点：①坝体应力较低，材料强度不能充分发挥；②坝体体积大，耗用水泥多；③施工期混凝土温度应力和收缩应力大，对温度控制要求高。 3.工作原理；重力坝在水压力及其它荷载作用下必需满足： A、稳定要求：主要依靠坝体自重产生的抗滑力来满足。 B、强度要求：依靠坝体自重产生的压应力来抵消由于水压力所引起的拉应力来满足。 4.重力坝类型： 重力坝按筑坝材料的不同分为:混凝土重力坝和浆砌石重力坝。 重力坝按其结构形式分为:①实体重力坝;②宽缝重力坝；③空腹重力坝。 重力坝按泄水条件可分为非溢流坝和溢流坝两种剖面。 实体重力坝因横缝处理的方式不同可分为三类。①悬臂式重力坝：横缝不设键槽，不灌浆；②铰接式重力坝：横缝设键槽，但不灌浆；③整体 式重力坝：横缝设键槽，并进行灌浆 二．稳定性分析方法： 1.抗滑稳定分析的目的是核算坝体沿坝基面或沿地基深层软弱结构面抗滑稳定的安全度。当岸坡坝段地形陡峻时，还需核算这些坝段在三向荷载作用下的抗滑稳定。
《水工建筑物》系列课程设计 --------重力坝电算课程设计 指示书
一、设计任务：浆砌石重力坝典型剖面设计 二、设计内容：根据提供的水文、水利计算成果，在分析研究所提供的资料的基础上， 进行水工建筑物的设计工作，设计深度为初步设计。主要设计内容为： 1、确定水利枢纽工程和水工建筑物的等级、洪水标准 2、通过稳定、强度分析，拟定坝体经济断面尺寸； 3、通过坝基水平截面处坝体内部应力分析，定出坝体混凝土分区方案； 4、坝体细部构造设计：廊道布置、坝体止水、坝体排水及基础防渗和排水等。 三、设计作法 分析基本资料，根据课堂所学内容，参照规范[1～3]各相应部分进行设计，对设计参数进行选取、方案进行拟定等。 设计中所需基本资料，除已给定之外，还有自行研究确定的。 四、基本资料 (一)、设计标准：某水库位于某河道的上游，库区所在位置属高山峡谷地区。根据当地的经济发展要求需修建水库，该工程以发电、灌溉、防洪为主。拟建的水库总库容1.33亿立方米，电站装机容量9600kw。工程等级、建筑物级别以及各项控制标准、指标按现行的国家规范规范[4]自行确定。 (二)、坝基地质条件 1、开挖标准：本工程坝体在河床部分的基岩设计高程原定在827.20m。 2、力学指标：坝体与坝基面接触面的抗剪断摩擦系数f＇=1.05，粘结力系数c＇＝ 900kPa。 3、基岩抗压强度：15002 kg /cm (三)、特征水位 经水库规划计算，坝址上、下游特征水位如下： P=0.1%校核洪水位为909.92m，相应下游水位为861.15m； P=1% 设计洪水位为907.32m，相应下游水位为859.80m； 正常挡水位为905.70m；相应下游水位为855.70m； 淤沙高程为842.20m； (四)、荷载及荷载组合 荷载组合根据实际情况并参照规范[1～3]要求。具体计算时选取了1种有代表性或估计
第一章设计基本资料及任务 第一节设计基本资料 一、枢纽任务 本工程同时兼有防洪、发电、灌溉、渔业等综合利用。水电站装机容量为21.75万kW，装3台机组。正常蓄水位为110.5m，死水位为86.5m，三台机满载时的流量为405m3/s。采用坝后式厂房。工程建成后，可增加保灌面积90万亩，减轻洪水对下游城市和平原的威胁。在遇P=0.02%和P=0.1%频率的洪水时，经水库调节后，洪峰流量可由原来的18200m3/s、14100 m3/s分别削减为6800 m3/s和6350 m3/s；水库蓄水后形成大面积水域，为发展养殖业创造有利条件。 二、基本资料 1、规划数据 本重力坝坝高86.9m，坝全长368m，溢流坝位于大坝中段长度73米，非溢流坝分别接溢流坝两侧各147.5m，坝顶宽度8m，坝底宽度80.5m，坝底高程28m，坝顶高程114.9m，正常蓄水位110.5m，死水位86.5m。 坝址处的河床宽约120m，水深约1.5～4m。河谷近似梯形，两岸基本对称，岸坡取约35o。 2、工程地质 坝基岩性为花岗岩，风化较深，两岸达10m左右。新鲜花岗岩的饱和抗压强度为100～200MPa，风化花岗岩为50～80Mpa。坝址处无大的地质构造。 3、其他资料 - 1 -
（1）风向吹力：实测最大风速为24m/s，多年平均最大风速为20m/s，风向基本垂直坝轴线，吹程为4km。 （2）本坝址地震烈度为7度。 （3）坝址附近卵砾石、碎石及砂料供应充足，质量符合规范要求。 三、表格 表1比选数据 - 2 -
表2岩石物理力学性质 四、参考文献 1．混凝土重力坝设计规范水利电力部编 2．水工建筑物任德林河海大学出版社 3．水工设计手册泄水与过坝建筑物水利电力出版社 4．混凝土拱坝及重力坝坝体接缝设计与构造水电部黄委会编 第二节设计任务 一、枢纽布置 （1）拟定坝址位置 - 3 -
重力坝的材料及构造相 关知识 公司标准化编码 [QQX96QT-XQQB89Q8-NQQJ6Q8-MQM9N]
重力坝的材料及构造相关知识 一、混凝土重力坝对材料的要求 ★二、坝体混凝土分区 （一）原因：坝体各部分工作条件不同，为了节约和合理使用水泥，通常将坝体按不同部位和不同工作条件分区，采用不同标号。 （二）为了便于施工，应尽量减少标号的类别，相邻区的强度标号不宜超过两极，免引起应力集中或产生温度裂缝。分区的厚度一般不得小于2-3米，以便浇筑。 ★三、横缝 （一）定义：横缝垂直坝轴线，将坝体分成若干坝段。 （二）重力坝横缝作用：1.减小温度应力； 2.适应地基不均匀变形； 3.满足施工要求（如混凝土浇筑能力及温度控制） （三）间距：12-20米，也有达20米 （四）分类：1.永久性横缝； 2.临时性横缝 四、坝体与基岩面的连接 （一）意义：连接必须紧密，以免发生渗漏，影响坝体稳定。 （二）作法：基岩横向坡（对岸方向）缓于1:2时，坝体浇筑后利用帷幕灌浆对接触灌浆封实；当横向坡陡于1:2时，设接触面止水，在基岩中挖槽嵌入止水片；当横向坡陡于1:1时，按临时横缝处理，在接触面上布设灌浆系统，沿周围嵌入止水片，待混凝土冷却后进行接缝灌浆。 五、纵缝 纵缝两侧的坝块可以单独上升，但高差不宜太大。若高差太大，后浇混凝土的温度和干缩变形，造成灌浆面的挤压和剪切，影响纵缝灌浆，反过来对后浇混凝土块键槽出现剪切裂缝。 六、错缝：缝面不作灌浆处理。浇注块高度在基岩附近—2m，在坝体上部不大于3—4m，错缝间距10—15m，缝的错距不超过浇注块的一半。错缝施工简便，在低坝上使用。
5.1重力坝剖面设计及原则 5.1.1剖面尺寸的确定 重力坝坝顶高程1152.00m，坝高H=40.00m。为了适应运用和施工的需要，坝顶必须要有一定的宽度。一般地，坝顶宽度取坝高的8%～10%，且不小于2m。若有交通要求或有移动式启闭设施时，应根据实际需要确定。综合考虑以上因素，坝顶宽度m B10 。 考虑坝体利用部分水中增加其抗滑稳定，根据工程实践，上游边坡坡率n=0～0.2，下游边坡坡率m=0～0.8。故上游边坡坡率初步拟定为0.2，下游边坡坡率初步拟定为0.8。上游折坡点位置应结合应力控制标准和发电引水管、泄洪孔等建筑物的进口高程来定，一般折坡点在坝高的1/3～2/3附近，故初拟上游折坡点高程为1138.20m。下游折坡点的位置应根据坝的实用剖面形式、坝顶宽度，结合坝的基本剖面计算得到（最常用的是其基本剖面的顶点位于校核洪水位处），故初拟下游折坡点高程为1148.50m。 5.1.2剖面设计原则 重力坝在水压力及其他荷载的作用下，主要依靠坝体自重产生的抗滑力维持抗滑稳定；同时依靠坝体自重产生压应力来抵消由于水压力引起的拉应力以满足强度要求。 非溢流坝剖面设计的基本原则是：①满足稳定和强度要求，保证大坝安全；②工程量小，造价低；③结构合理，运用方便；④利于施工，方便维修。 遵循以上原则拟订出的剖面，需要经过稳定及强度验算，分析是否满足安全和经济的要求，坝体剖面可以参照以前的工程实例，结合本工程的实际情况，先行拟定，然后根据稳定和应力分析进行必要的修正。重复以上过程直至得到一个经济的剖面。 5.2重力坝挡水坝段荷载计算 5.2.1基本原理与荷载组合 重力坝的荷载主要有：自重、静水压力、扬压力、泥沙压力、浪压力、动水压力、冰压力、地震荷载等。本次设计取单位长度的坝段进行计算。相关荷载组合见表4.5。 表4.5 荷载组合表 组合情况相关 工况 自 重 静水 压力 扬压 力 泥沙 压力 浪压 力 冰压 力 地震 荷载 动水 压力 土压 力 基本正常√√√√√√
重力坝课程设计 一、目的 1、学会初拟重力坝尺寸的方法； 2、掌握重力坝抗滑稳定计算和应力计算； 3、进一步认识重力坝的结构特点。 二、基本资料 （一）、水文、气象及泥沙资料 通过对区域内水文气象资料的调查和分析计算，设计中所采用的水文、气象及泥沙参数见下表1。 （二）、地质资料
1、坝址地质资料 选定坝址河谷呈基本对称的“V”形谷，左岸山体坡角48°，右岸山体坡角46°，两岸地貌主要为侵蚀切割形成的平缓脊状山岭地貌，河谷地貌为侵蚀-构造类型。坝址处出露地层为峨嵋山玄武岩(P2β)，岩层无产状，岩层倾向总体倾向河床下游偏右岸。坝址处左右岸坡残坡积层厚度为0～2m，局部地段深达7m以上，河床上第四纪冲积覆盖层厚度为5m 左右。地表裸露的玄武岩呈强风化状，玄武岩地层上部强风化层在河床部位厚3.6m，在河床左岸坡厚7.5m，在河床右岸坡厚8m，下部呈弱风化状，弱风化层在河床部位厚3m，在河床左岸坡厚4m，在河床右岸坡厚3.5m。再往下为微风化和新鲜岩石。 经取样试验，结合有关工程经验类比，参考有关设计规范，地质专业提出了岩石（体）物理、力学参数，见表5-2～表5-4。 表5-2 岩土质物理力学性质建议指标 表5-3 坝基岩体力学参数 （三）特征水位
（四）坝址处地形图 三、要求 1、拟定坝体尺寸，进行重力坝稳定计算及应力计算； 2、提交成果 （1）重力坝非溢流坝段剖面图，溢流坝段剖面图；（2）重力坝平面布置图。
1.坝基开挖深度的确定 初步确定坝高在50~100m 的范围内，可建在微风化至弱风化的上部基岩上。由地质资料，坝址处左右岸坡残坡积层厚度为0～2m ，局部地段深达7m 以上，河床上第四纪冲积覆盖层厚度为5m 左右。地表裸露的玄武岩呈强风化状，玄武岩地层上部强风化层在河床部位厚3.6m ，在河床左岸坡厚7.5m ，在河床右岸坡厚8m ，下部呈弱风化状，弱风化层在河床部位厚3m ，在河床左岸坡厚4m ，在河床右岸坡厚3.5m 。再往下为微风化和新鲜岩石。综合考虑工程量、工程造价、坝的稳定决定开挖12m 相对比较合理，由地质图可知开挖高程为1328m 。 2.校核洪水位，设计洪水位的确定 设计洪水流量s m Q /4003= 校核洪水流量s m Q /6003= 一般软弱岩石单宽流量q=s m s m /50/3033- 设计洪水流量下溢流坝宽L=8～12m 校核洪水流量下溢流坝宽L=12～20m 取L=20m m=0.5，ξ=1，L=20m 正常蓄水位 1388m 2 /30 2H g mnb Q ξ= 得 =设计0H 4.338m =校核0H 5.684m 设计H =1388+4.338=1392.338m 校核H =1388+5.684=1393.684m 3.累计频率为1%时的波浪高度和波浪中心线高于静水位的计算
第六节溢流重力坝（一） 引言：溢流重力坝简称溢流坝，既是挡水建筑物，又是泄水建筑物。因此，坝体剖面设计除要满足稳定和强度要求外，还要满足泄水的要求，同时要考虑下游的消能问题。当溢流坝段在河床上的位置确定后，先选择合适的泄水方式，并根据洪水标准和运用要求确定孔口尺寸及溢流堰顶高程。 本节主要介绍：溢流坝的设计要求、溢流坝的泄水方式和溢流坝的剖面设计 一．溢流坝的设计要求 溢流坝是枢纽中最重要的泄水建筑物之一，将规划库容所不能容纳的大部分洪水经坝顶泄向下游，以便保证大坝安全。溢流坝应满足泄洪的设计要求： ●有足够的孔口尺寸、良好的孔口体形和泄水时具有较大的流量系数。 ●使水流平顺地通过坝体，不允许产生不利的负压和振动，避免发生空蚀现象。 ●保证下游河床不产生危及坝体安全的冲坑和冲刷。 ●溢流坝段在枢纽中的位置，应使下游流态平顺，不产生折冲水流，不影响枢纽中其他建筑物的正常运行。 ●有灵活控制水流下泄的设备，如闸门、启闭机等。 二．溢流坝的泄水方式 图示讲解： 1．坝顶开敞溢流式
溢流坝泄水方式（单位：m） （a）坝顶溢流式 1一350T门机；2一工作闸门 （b）大孔口溢流式 1一175/40T门机；2一12×10m定轮闸门；3一检修门 （c）具有活动胸墙的大孔口 1-活动胸墙；2一弧形闸门；3一检修门槽；4一预制混凝土块安装区 不设闸门时，堰顶高程等于水库的正常蓄水位，泄水时，靠壅高库内水位增加下泄量，这种情况增加了库内的淹没损失和非溢流坝的坝顶高程和坝体工程量。坝顶溢流不仅可以用于排泄洪水，还可以用于排泄其它漂浮物。它结构简单，可自动泄洪，管理方便。适用于洪水流量较小，淹没损失不大的中、小型水库。 当堰顶设有闸门时，闸门顶高程虽高于水库正常蓄水位，但堰顶高程较低，可利用闸门不同开启度调节库内水位和下泄流量，减少上游淹没损失和非溢流坝的高度及坝体的工程量。与深孔闸门比较，堰顶闸门承受的水头较小，其孔口尺寸较大，由于闸门安装在堰顶，操作、检修均比深孔闸门方便。当闸门全开时，下泄流量与堰上水头H0的3/2次方成正比。随着库水位的升高，下泄流量增加较快，具有较大的超泄能力。在大、中型水库工程中得到广泛的应用。
项目名称：几内亚凯勒塔（KALETA）水电站工程项目阶段：复核阶段 计算书名称：重力坝抗滑稳定及应力计算 审查： 校核： 计算： 黄河勘测规划设计有限公司 Yellow River Engineering Consulting Co. ,Ltd. 二〇一二年四月
目录 1.计算说明..................................................................................... 错误!未定义书签。 目的与要求 ......................................................................... 错误!未定义书签。 基本数据 ............................................................................. 错误!未定义书签。 2.计算参数和研究方法................................................................. 错误!未定义书签。 荷载组合 ............................................................................. 错误!未定义书签。 计算参数及控制标准 ......................................................... 错误!未定义书签。 计算理论和方法 ................................................................. 错误!未定义书签。 3.计算过程..................................................................................... 错误!未定义书签。 荷载计算 ............................................................................. 错误!未定义书签。 自重 ............................................................................. 错误!未定义书签。 水压力 ......................................................................... 错误!未定义书签。 扬压力 ......................................................................... 错误!未定义书签。 地震荷载 ..................................................................... 错误!未定义书签。 安全系数及应力计算 ......................................................... 错误!未定义书签。 4.结果汇总..................................................................................... 错误!未定义书签。
《水工建筑物课程设计》 题目：混凝土重力坝设计 学习中心：江苏扬州市邗江区教师进修学校奥鹏学 习中心[11]VIP
1 项目基本资料 1.1 气候特征 根据当地气象局50年统计资料，多年平均最大风速14 m/s，重现期为50年的年最大风速23m/s，吹程：设计洪水位 2.6 km，校核洪水位3.0 km 。 最大冻土深度为1.25m。 河流结冰期平均为150天左右，最大冰厚1.05m。 1.2 工程地质与水文地质 1.2.1坝址地形地质条件 （1）左岸：覆盖层2～3m，全风化带厚3～5m，强风化加弱风化带厚3m，微风化厚4m。 （2）河床：岩面较平整。冲积沙砾层厚约0～1.5m，弱风化层厚1m左右，微风化层厚3～6m。坝址处河床岩面高程约在38m左右，整个河床皆为微、弱风化的花岗岩组成，致密坚硬，强度高，抗冲能力强。 （3）右岸：覆盖层3～5m，全风化带厚5~7m，强风化带厚1～3m，弱风化带厚1～3m，微风化厚1～4m。 1.2.2天然建筑材料 粘土料、砂石料和石料在坝址上下游2~3km均可开采，储量足，质量好。粘土料各项指标均满足土坝防渗体土料质量技术要求。砂石料满足砼重力坝要求。 1.2.3水库水位及规模 ①死水位：初步确定死库容0.30亿m3，死水位51m。 ②正常蓄水位：80.0m。 注：本次课程设计的荷载作用只需考虑坝体自重、静水压力、浪压力以及扬压力。 表一 本设计仅分析基本组合(2)及特殊组合(1)两种情况： 基本组合(2)为设计洪水位情况，其荷载组合为：自重+静水压力+扬压力+泥沙
压力+浪压力。 特殊组合(1)为校核洪水位情况，其荷载组合为：自重+静水压力+扬压力+泥沙压力+浪压力。 1.3大坝设计概况 1.3.1工程等级 本水库死库容0.3亿m3，最大库容未知，估算约为5亿m3左右。根据现行《水电枢纽工程等级划分及设计安全标准》（DL5180-2003），按水库总库容确定本工程等别为Ⅱ等，工程规模为大（2）型水库。枢纽主要建筑物挡水、泄水、引水系统进水口建筑物为2级建筑物，施工导流建筑物为3级建筑物。 1.3.2坝型确定 坝型选择与地形、地质、建筑材料和施工条件等因素有关。确定本水库大坝为混凝土重力坝。 1.3.3基本剖面的拟定 重力坝承受的主要荷载是水压和自重，控制剖面尺寸的主要指标是稳定和强度要求。由于作用于上游面的水压力呈三角形分部，所以重力坝的基本剖面是三角形，根据提供的资料，确定坝底宽度为43.29m（约为坝高的0.8倍），下游边坡m=0.8，上游面为铅直。
讲解重力坝设计例题：一．基本资料 某高山峡谷地区规划的水利枢纽，拟定坝型为混凝土重力坝，其任务以防洪为主、兼顾灌溉、发电，为3级建筑物，试根据提供的资料设计非溢流坝剖面。 1．水电规划成果上游设计洪水位为355.0 m，相应的下游水位为331.0 m；上游校核洪水位356.3 m ，相应的下游水位为332.0 m；正常高水位354.0 m；死水位339.5 m。 2．地质资料河床高程328.0 m，约有1~2 m覆盖层，清基后新鲜岩石表面最低高程为326.0m。岩基为石炭岩，节理裂隙少，地质构造良好。抗剪断强度取其分布的0.2分位 值为标准值，则摩擦系数 ' ck f=0.82，凝聚力' ck c =0.6MPa。 3．其它有关资料河流泥沙计算年限采用50年，据此求得坝前淤沙高程337.1 m。泥沙浮重度为6.5kN/ m3 ，内摩擦角φ=18°。 枢纽所在地区洪水期的多年平均最大风速为15m/s，水库最大风区长度由库区地形图上量得D=0.9km。 坝体混凝土重度γc =24kN/m3，地震设计烈度为6度。拟采用混凝土强度等级C10，90d龄期，80%保证率，fckd强度标准值为10MPa，坝基岩石允许压应力设计值为4000kPa。 二．设计要求： （1）拟定坝体剖面尺寸确定坝顶高程和坝顶宽度，拟定折坡点的高程、上下游坡度，坝底防渗排水幕位置等相关尺寸。 （2）荷载计算及作用组合该例题只计算一种作用组合，选设计洪水位情况计算，取
常用的五种荷载：自重、静水压力、扬压力、淤沙压力、浪压力。列表计算其作用标准值和设计值。 （3）抗滑稳定验算可用极限状态设计法进行可靠度计算。 （4）坝基面上下游处垂直正应力的计算，以便验算地基的承载能力和混凝土的极限抗压强度。 重力坝剖面设计图（单位：m） 三．非溢流坝剖面的设计 ●资料分析 该水利枢纽位于高山峡谷地区，波浪要素的计算可选用官厅公式。因地震设计烈度为6度，故不计地震影响。大坝以防洪为主，3级建筑物，对应可靠度设计中的结构安全级别为Ⅱ级，相应结构重要性系数γ0=1.0。坝体上的荷载分两种组合，基本组合（设计洪水位）取持久状况对应的设计状况系数ψ=1.0，结构系数γd =1.2；偶然组合（校核洪水位）取偶然状况对应的设计状况系数ψ=0.85，结构系数γd =1.2。坝趾抗压强度极限状态的设计状况系数同前，结构系数γd =1.3。 可靠度设计要求均采用作用（荷载）设计值和材料强度设计值。作用（荷载）标准值乘以作用（荷载）分项系数后的值为作用（荷载）设计值；材料强度标准值除以材料性能分项系数后的值为材料强度设计值。本设计有关（荷载）作用的分项系数查表2-10得：自重为1.0；静水压力为1.0；渗透压力为1.2；浮托力为1.0；淤沙压力为1.2；浪压力为1.2。混凝土材料的强度分项系数为1.35；因大坝混凝土用90 d龄期，大坝混凝土抗压强度材料分项系数取2.0；热扎Ⅰ级钢筋强度分项系数为1.15；Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ级为1.10。材料 性能分项系数中，对于混凝土与岩基间抗剪强度摩擦系数 ' ck f为1.3，凝聚力' ck c为3.0。
坝体强度承载能力极限状态计算及坝体稳定承载能力极限状态计算 （一）、基本资料 坝顶高程：1107.0 m 校核洪水位（P = 0.5 %）上游：1105.67 m 下游：1095.18 m 正常蓄水位上游：1105.5 m 下游：1094.89 m 死水位：1100.0 m 混凝土容重：24 KN/m3 坝前淤沙高程：1098.3 m 泥沙浮容重：5 KN/m3 混凝土与基岩间抗剪断参数值：f `= 0.5 c `= 0.2 Mpa 坝基基岩承载力：［f］= 400 Kpa 坝基垫层混凝土：C15 坝体混凝土：C10 50年一遇最大风速：v 0 = 19.44 m/s 多年平均最大风速为：v 0 `= 12.9 m/s 吹程D = 1000 m （二）、坝体断面 1、非溢流坝段标准剖面
荷载作用的 标准值计算（以单宽计算） A 、正常蓄水位情况（上游水位1105.5m ，下游水位1094.89m ） ① 竖向力（自重） W 1 = 24×5×17 = 2040 KN W 2 = 24×10.75×8.6 /2 = 1109.4 KN W 3 = 9.81×（1094.5-1090）2×0.8 /2 = 79.46 KN ∑W = 3228.86 KN W 1作用点至O 点的力臂为： (13.6-5) /2 = 4.3 m W 2作用点至O 点的力臂为： m 067.16.83 2 26.13=?- W 3作用点至O 点的力臂为： m 6.58.0)10905.1094(3 1 26.13=?-?- 竖向力对O 点的弯矩（顺时针为“－”，逆时针为“+”）： M OW1 = 2040×4.3 = 8772 KN ·m M OW2 = －1109.4×1.067 = －1183.7 KN ·m
坝体强度承载能力极限状态 计算及坝体稳定承载能力极限状态计算（一）、基本资料 坝顶高程：1107.0 m 校核洪水位（P = 0.5 %）上游：1105.67 m 下游：1095.18 m 正常蓄水位上游：1105.5 m 下游：1094.89 m 死水位：1100.0 m 混凝土容重：24 KN/m3 坝前淤沙高程：1098.3 m 泥沙浮容重：5 KN/m3 混凝土与基岩间抗剪断参数值：f `= 0.5 c `= 0.2 Mpa 坝基基岩承载力：［f］= 400 Kpa 坝基垫层混凝土：C15 坝体混凝土：C10 50年一遇最大风速：v 0 = 19.44 m/s 多年平均最大风速为：v 0 `= 12.9 m/s 吹程D = 1000 m
（二）、坝体断面 1、非溢流坝段标准剖面 (1)荷载作用的标准值计算（以单宽计算） A 、正常蓄水位情况（上游水位1105.5m ，下游水位1094.89m ） ① 竖向力（自重） W 1 = 24×5×17 = 2040 KN W 2 = 24×10.75×8.6 /2 = 1109.4 KN W 3 = 9.81×（1094.5-1090）2×0.8 /2 = 79.46 KN ∑W = 3228.86 KN W 1作用点至O 点的力臂为： (13.6-5) /2 = 4.3 m W 2作用点至O 点的力臂为： m 067.16.83 2 26.13=?- W 3作用点至O 点的力臂为： m 6.58.0)10905.1094(3 1 26.13=?-?-
竖向力对O点的弯矩（顺时针为“－”，逆时针为“+”）：M OW1 = 2040×4.3 = 8772 KN·m M OW2 = －1109.4×1.067 = －1183.7 KN·m M OW3 = －79.46×5.6 = －445 KN·m ∑M OW = 7143.3 KN·m ②静水压力（水平力） P1 = γH12 /2 = 9.81×(1105.5－1090)2 /2= －1178.4 KN P2 =γH22 /2 =9.81×(1094.89-1090)2 /2 = 117.3KN ∑P = －1061.1 KN P1作用点至O点的力臂为：(1105.5－1090)/3 = 5.167m P2作用点至O点的力臂为：(1094.89－1090)/3 = 1.63m 静水压力对O点的弯矩（顺时针为“－”，逆时针为“+”）：M OP1 = 1178.4×5.167 = －6089 KN·m M OP2 = 117.3×1.63 = 191.2 KN·m ∑M OP = －5897.8 KN·m ③扬压力 扬压力示意图请见下页附图： H1 = 1105.5－1090 = 15.5 m H2 = 1094.89－1090 = 4.89 m (H1 －H1) = 15.5－4.89 = 10.61 m 计算扬压力如下： U1 = 9.81×13.6×4.89 = 652.4 KN U2 = 9.81 ×13.6×10.61 /2 = 707.8 KN ∑U = 1360.2 KN
1.4 挡水建筑物 1.4.1 结构布置 挡水建筑物由左、右岸挡水坝组成。 左、右岸挡水坝坝型均为混凝土重力坝，①坝段为右岸挡水坝段，⑤坝段为左岸挡水坝段，坝段长分别为13.3m、24.9m，坝顶宽6.0m，坝顶高程2213.00m。 ①、⑤坝段均建在覆盖层上，最低建基面高程2260.50m，最大坝高12.5m。坝体上游侧在高程2269.50m处以1∶1的反坡向上游悬挑1.5m至高程2211.00m，牛腿厚2.0m；高程2269.50m～2261.50m为铅直面，高程2261.50m～2262.50m 段坡度为1∶0.5。下游坝坡坡度为1∶1，起坡点高程为2261.50m。在上、下游高程2262.50m处设宽2.0m平台，重力坝最大底宽16.0m。 1.4.2 设计计算 1.4. 2.1 坝顶高程计算 根据DL5108-1999《混凝土重力坝设计规范》的规定，坝顶高程按正常蓄水位和校核洪水位加相应的高差ΔH确定，并取两者中最大值作为坝顶(或防浪墙顶)高程，ΔH值按下式计算： △H=h1%+h z+h c(1.4-1) 式中： △H—坝顶或防浪墙顶至设计水位的高差，m； h1%—波高，m； h z—波浪至设计水位的高差，m； h c—安全超高，m。 波浪要素按DL5011-1991《水工建筑物荷载设计规范》中的官厅水库公式计算，重力坝坝顶高程计算结果见表1.4-1。 表1.4-1 重力坝坝顶高程计算成果表
根据表1.4-1坝顶高程计算成果，确定重力坝坝顶高程为2213.00m 。 1.4.2.2 稳定应力计算 a) 计算公式 按SL319-2005《混凝土重力坝设计规范》的有关公式及规定，对座落于覆盖层地基上的重力坝分别采用纯摩公式和材料力学公式计算抗滑稳定和基底应力。 抗滑稳定安全系数计算公式： C f G K H ∑= ∑ (1.4-2) 式中： K C —沿坝基底面的抗滑稳定安全系数； f —坝基底面与地基之间的摩擦系数； G ∑—作用在坝段上的全部竖向荷载，kN ； H ∑—作用在坝段上的全部水平向荷载，kN 。 基底应力计算公式： m a x m i n G M P A W ∑∑=± (1.4-3) 式中： max min P —基底应力的最大值或最小值，kPa ； G ∑—作用在坝段上的全部竖向荷载，kN ； M ∑—作用在坝段上的全部竖向和水平荷载对于基础底面垂直水流方 向的形心轴的力矩，kN·m ； A —坝段基底面的面积，m 2； W —坝段基底面对于该底面垂直水流方向的形心轴的截面矩，m 3。 b) 计算工况及荷载组合： 1) 工况1：基本组合1(正常蓄水工况) 上游水位为正常蓄水位2210.00m ，下游无水。 荷载作用组合：自重+水重+静水压力+扬压力+浪压力+泥沙压力。 2) 工况2：基本组合2(设计洪水工况)